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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Winkelerfassungsvorrichtung zum Erfassen eines Drehwinkels beziehungsweise Rotationswinkels einer Drehwelle beziehungsweise Drehachse (rotation shaft) unter Verwendung eines Magneten und eines magnetischen Sensors beziehungsweise Magnetsensors (magnetic sensor); und insbesondere eine Winkelerfassungsvorrichtung zur Verwendung bei einer Servo-Vorrichtung (servo apparatus).
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Hintergrund der Erfindung
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Eine Winkelerfassungsvorrichtung ist an einer Drehwelle befestigt, um die Anzahl von Drehungen beziehungsweise Umdrehungen beziehungsweise Rotationen (revolution) und einen Drehwinkel beziehungsweise Rotationswinkel (rotation angle) der Drehwelle zu erfassen.
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Als Beispiel für eine Vorrichtung zum Durchführen eines Steuervorgangs unter Verwendung der Winkelerfassungsvorrichtung ist eine Servo-Vorrichtung zur Verwendung bei einem ferngelenkten beziehungsweise funkgesteuerten Modell beziehungsweise Gerätetypen (RC-Modell) (radio-controlled model), einer industriellen Maschine, einem Roboter oder dergleichen bekannt.
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Die Servo-Vorrichtung führt eine Rückkopplungssteuerung beziehungsweise Regelungssteuerung (feedback control) basierend auf einem Steuersignal, das von einem Controller beziehungsweise einer Steuervorrichtung (controller) erhalten worden ist, und einem Drehwinkel einer Drehwelle durch. Die Drehwelle dient als Ausgabewelle und der Drehwinkel der Drehwelle wird über die Winkelerfassungsvorrichtung erhalten. Ferner führt die Servo-Vorrichtung einen Steuervorgang derart durch, dass der Drehwinkel der Ausgabewelle gleich ist zu bzw. einem Drehwinkel entspricht, der von dem Steuersignal erhalten wurde.
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Insbesondere ist die Servo-Vorrichtung zur Verwendung bei einer ferngesteuerten beziehungsweise funkgesteuerten Vorrichtung, wie zum Beispiel einem RC-Modell oder dergleichen, mit einem Empfänger (receiver) verbunden und ist tätig beziehungsweise arbeitet basierend auf einem Steuersignal, das von dem Controller zu dem Empfänger übertragen wird.
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Bei der Winkelerfassungsvorrichtung der Servo-Vorrichtung zur Verwendung in dem beziehungsweise mit dem RC-Model, wurde konventionell ein Potentiometer beziehungsweise Drehwiderstand (potentiometer) als Erfassungselement verwendet. Das Potentiometer verwendet einen variablen Widerstand und erfasst einen Drehwinkel der Ausgabewelle basierend auf einer Ausgangsspannung, die abhängig von dem Drehwinkel der Ausgabewelle variiert.
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Das Potentiometer wird aufgrund seiner Kosteneffizienz weithin als ein Erfassungselement verwendet. Das Potentiometer verwendet einen variablen Widerstand und umfasst daher einen Widerstand (resistor) und eine Bürste beziehungsweise Schleifbürste (brush). Da der Widerstand und die Bürste in Kontakt miteinander tätig sind bzw. wirken, wird der Widerstand oder ein Gleit- beziehungsweise Verschiebebereich abgenutzt beziehungsweise verschlissen, da diese für eine lange Zeit verwendet werden. Vor allem verändert sich ein elektrischer Widerstand, wenn der Widerstand verschlissen ist, was zu einer Abweichung der Referenzposition der Ausgabewelle oder zu einer fehlerhaften Erfassung des Drehwinkels der Ausgabewelle führen kann.
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Daher wurde eine Winkelerfassungsvorrichtung entwickelt, die einen kontaktlosen Magnetsensor als Erfassungselement verwendet und eine Servo-Vorrichtung, die denselben verwendet, und ist in der japanischen Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer
JP 2011- 30 376 A veröffentlicht beziehungsweise offenbart.
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Hiernach wird eine Konfiguration der Servo-Vorrichtung, die den Magnetsensor verwendet, der in der japanischen Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer
JP 2011- 30 376 A offenbart ist unter Bezugnahme auf
7 beschrieben. Eine Servo-Vorrichtung 20 umfasst einen Motor 21, ein Drehzahlminderer bzw. Geschwindigkeitsverringerer bzw. Untersetzungsgetriebe (speed reducer) 22 zum Verringern einer Drehgeschwindigkeit des Motors 21 und zum Übertragen der verringerten bzw. reduzierten Drehung, eine Ausgabewelle 23 zum Übertragen des Drehmoments auf das Endantriebszahnrad beziehungsweise Endgetriebe (final gear) des Drehzahlminderers beziehungsweise Geschwindigkeitsverringerers, einen Magnet 24, der mit einem Endbereich der Ausgabewelle 23 verbunden ist, einen Magnetsensor 25, der innerhalb eines Gehäuses vorgesehen ist, und eine Steuereinheit (nicht gezeigt), die innerhalb des Gehäuses vorgesehen ist.
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Die Servo-Vorrichtung, die in der japanischen Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer
JP 2011- 30 376 A offenbart ist, verwendet ein Hall-Element als Magnetsensor. Da das Hall-Element und der Magnet sich nicht in Kontakt miteinander befinden, werden deren Bestandteile nicht verschlissen, selbst dann nicht, wenn sie sich für eine lange Zeit in Gebrauch befinden, was das Problem des Potentiometers, ggf. nicht mehr in der Lage zu sein, den Drehwinkel zu erfassen, löst.
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Jedoch ist, in dem Fall einer Verwendung eines Magnetsensors, ein erfassbarer Drehwinkel allgemein enger beziehungsweise kleiner verglichen zu einer Verwendung eines Potentiometers. Ein Beispiel, das ein Hall-Element als ein Magnetsensor verwendet, wird unter Bezugnahme auf die 4A und 4B beschrieben.
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4A illustriert beziehungsweise zeigt einen ringförmigen beziehungsweise kreisförmigen (circular) plattenförmigen Magneten 7' und einen Magnetsensor 8, betrachtet in der axialen Richtung einer Ausgabewelle 5'. Punkte 7'a, 7'b, 7'c und 7'd sind an dem Umfang des Magneten 7' vorgesehen, so dass sie in einem Abstand von 90° voneinander beabstandet sind. Ein Punkt bzw. eine Position an dem Umfang des Magneten 7', der bzw. die sich am nächsten zu dem Magnetsensor 8 befindet, wird als eine Position des Magneten festgelegt. Die Beziehung zwischen der Position des Magneten und der Ausgabespannung ist als ein Vergleichsbeispiel 1 in 5C gezeigt. Bezugnehmend auf 5C wird die Ausgabespannung bezüglich der Position des Magneten linear innerhalb eines Bereichs von +/- etwa 45° von dem Punkt 7'a verändert. In einem solchen Bereich, kann der Drehwinkel erfasst werden.
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Auf der anderen Seite ist es bei einer Servo-Vorrichtung zur Verwendung bei einem RC-Modell wünschenswert beziehungsweise angestrebt, einen Drehwinkel innerhalb eines Bereichs von +/- etwa 60° von der Referenzposition beziehungsweise zu der Referenzposition zu erfassen. Bei einer Servo-Vorrichtung zur Verwendung in einer industriellen Maschine beziehungsweise Industriemaschine, ist es wünschenswert, einen Drehwinkel innerhalb eines Bereichs von +/- etwa 75° von der Referenzposition zu erfassen.
US 2005 / 0 007 104 A1 betrifft eine Winkelerfassungsvorrichtung mit einem drehbar gelagerten Magneten und einem Magnetsensor, wobei der Magnet derart angeordnet ist, dass eine Entfernung zwischen dem Magnetsensor und dem Magneten über die Drehung des Magneten geändert wird.
Zum Stand der Technik gehören weiterhin
DE 10 2005 021 300 A1 und
DE 10 2009 052 630 A1 , die jeweils einen Drehgeber mit einem drehbaren Objekt und einem Sensorelement beschreiben.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Im Angesicht des zuvor Dargestellten beabsichtigt die vorliegende Erfindung, einen Erfassungsbereich eines Magnetsensors, wie zum Beispiel einem Hall-Element oder dergleichen, mit einer geeigneten Anordnung zu vergrößern beziehungsweise zu verbessern ohne eine spezielle Verarbeitung bzw. Bearbeitung eines Magneten oder Hall-Elements zu erfordern.
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In Übereinstimmung mit einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Winkelerfassungsvorrichtung bereitgestellt, die umfasst: einen drehbar gelagerten Magneten; und einen Magnetsensor, der gegenüberliegend zu dem Magneten angeordnet ist, wobei eine Ausgabe des Magnetsensors basierend auf einer Magnetflussänderung aufgrund einer Drehung des Magneten geändert wird, wobei der Magnet derart angeordnet ist, dass eine Entfernung zwischen dem Magnetsensor und dem Magneten über die Drehung des Magneten geändert wird, wobei der Magnet eine kreisförmige Plattenform aufweist und magnetisiert ist, um zwei Pole symmetrisch bezüglich einer Linearlinie, die durch ein Zentrum der kreisförmigen Platte passiert, aufzuweisen, und wobei der Magnet entlang einer Grenzlinie der zwei Pole geneigt ist.
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Der Magnet kann an eine drehbare Welle beziehungsweise Achse befestigt werden und bezüglich der drehbaren Welle beziehungsweise Achse geneigt sein.
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Der Magnetsensor kann ein Hall-Element und eine Verstärkerschaltung beziehungsweise Verstärkungsschaltung (amplifying circuit) aufweisen.
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In Übereinstimmung mit einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Servo-Vorrichtung bereitgestellt umfassend: die zuvor beschriebene Winkelerfassungsvorrichtung; einen Motor; einen Drehzahlminderer (speed reducer), der mit dem Motor verbunden ist, wobei der Drehzahlminderer dazu dient beziehungsweise dazu vorgesehen ist, um eine Geschwindigkeit von einer Ausgabe des Motors zu reduzieren beziehungsweise zu verringern; eine Ausgabewelle, die mit dem Drehzahlminderer und der Winkelerfassungsvorrichtung verbunden ist; und eine Steuerschaltung, die konfiguriert ist, um eine Ausgabe der Winkelerfassungsvorrichtung mit einem Steuersignal, das von einer Außenseite eingegeben wird, zu vergleichen, und um eine Drehung des Motors derart zu steuern, dass ein Unterschied zwischen der Ausgabe der Winkelerfassungsvorrichtung und des Steuersignals Null wird.
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Der erfassbare Bereich der Winkelerfassungsvorrichtung kann mit einer geeigneten Anordnung vergrößert werden, ohne eine Spezialbearbeitung eines Magneten oder eines magnetischen Sensors zu erfordern. Entsprechend kann die Lebenserwartung beziehungsweise Lebensspanne der Winkelerfassungsvorrichtung erhöht bzw. vergrößert werden, während der erfassbare Bereich des Drehwinkels bei der herkömmlichen Servo-Vorrichtung die ein Potentiometer verwendet, aufrechterhalten bleibt.
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Figurenliste
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Die Ziele und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden von der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen dargelegt sind, offensichtlich werden, wobei in den Zeichnungen:
- 1 ein Blockschaltbild beziehungsweise Blockdiagramm einer Servo-Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
- 2 ein Blockschaltbild einer Steuereinheit der Servo-Vorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt;
- 3A und 3B schematisch eine Anordnung eines Magneten einer Winkelerfassungsvorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigen;
- 4A und 4B schematisch eine Anordnung eines Magneten einer Winkelerfassungsvorrichtung bei einem Vergleichsbeispiel zeigen;
- 5A bis 5C Ausgaben eines Magnetsensors bei dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung und dem Vergleichsbeispiel zeigen;
- 6A und 6B Ausgaben eines Magnetsensors gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen; und
- 7 eine Konfiguration einer konventionellen potentiometerlosen Servo-Vorrichtung zeigt.
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Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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(Ausführungsbeispiel 1)
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Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel 1 zur Implementierung der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 1 bis 3B beschrieben. 1 zeigt ein Blockschaltbild beziehungsweise Blockdiagramm, das eine Konfiguration einer Servo-Vorrichtung zeigt. 2 zeigt ein Blockschaltbild einer Steuereinheit der Servo-Vorrichtung. 3A und 3B zeigen schematisch eine Anordnung eines Magneten 7 und eines Magnetsensors 8 einer Winkelerfassungsvorrichtung 6. 3A zeigt eine Ansicht des Magneten 7 in einer axialen Richtung einer Ausgabewelle 5 gesehen beziehungsweise betrachtet. 3B zeigt eine Ansicht der Konfiguration aus 3A, die von der P-Richtung betrachtet wird.
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Bei dem Ausführungsbeispiel 1 wird die Servo-Vorrichtung 1 für ein RC-Modell verwendet.
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Als erstes werden Umfangsbestandteile der Servo-Vorrichtung 1 beschrieben, die auch Bestandteile beziehungsweise Komponenten umfasst, die nicht in den Zeichnungen gezeigt sind. Die Servo-Vorrichtung 1 ist innerhalb einer entfernt beziehungsweise funkgesteuerten Vorrichtung bereitgestellt und mit einem Receiver oder Empfänger verbunden. Der Receiver oder Empfänger empfängt ein Steuersignal von einem Controller beziehungsweise einer Steuervorrichtung und wandelt es in eine Pulsweiten-Modifikationssignal (pulse width modification signal) (hiernach Bezug genommen als „PWM-Signal“) für jeden Kanal um. Dieses PWM-Signal wird der Servo-Vorrichtung 1 eingegeben (inputted). Die Servo-Vorrichtung 1 steuert basierend auf dem PWM-Signal ein Antreiben eines bewegbaren Teils, das mit der Ausgabewelle 5 verbunden ist.
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Nachfolgend werden die Bestandteile beziehungsweise Komponenten der Servo-Vorrichtung 1 beschrieben. Die Servo-Vorrichtung 1 umfasst eine Steuereinheit 2, einen Motor 3, einen Drehzahlminderer beziehungsweise ein Reduktionsgetriebe oder Untersetzungsgetriebe (speed reducer) 4, eine Ausgabewelle beziehungsweise -achse 5, und eine Winkelerfassungsvorrichtung 6.
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Die Steuereinheit 2 umfasst eine Signalverarbeitungseinheit 10, eine Taktbeziehungsweise Impuls- beziehungsweise Puls-weiten- beziehungsweise -breiten-Vergleichseinheit 11, und ein Motorantriebselement 12. Die Steuereinheit 2 kann ein einfaches IC-Element (integrated circuit beziehungsweise integrierte Schaltung) als eine Steuereinheit-LSI (large scale integration bzw. hoher Integrationsgrad bei komplexen Schaltungen beziehungsweise Großintegrationsgrad) verwenden. Alternativ, kann eine Konfiguration Verwendung finden, bei der mehrere IC-Elemente und Schaltvorrichtungen kombiniert sind.
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Die Signalverarbeitungseinheit 10 wandelt das PWM-Signal in eine ZielwertInformation des Drehwinkels der Ausgabewelle 5 in Übereinstimmung mit einer Puls-Weite beziehungsweise -breite (pulse width) um. Die Pulsweiten-Vergleichseinheit 11 vergleicht die Zielwertinformation mit einer Drehwinkelinformation, die von der Winkelerfassungsvorrichtung 6, die später beschrieben wird, erhalten wird und erzeugt derart ein Differenzsignal, dass ein Unterschied dazwischen gleich Null wird. Das MotorAntriebselement 12 wandelt das Differenzsignal in ein Antriebssignal zum Antreiben des Motors 3 um und gibt es zu dem Motor 3 aus.
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Der Motor 3 gibt eine Drehbewegung basierend auf dem Antriebssignal von der Steuereinheit 2 aus. Der Drehzahlminderer 4 umfasst ein oder mehrere Getriebe, die die Ausgabe des Motors 3 zu der Ausgabewelle 5 der Servo-Vorrichtung 1 übertragen. Eine Getriebeübersetzung beziehungsweise ein Übersetzungsverhältnis des Untersetzungsgetriebes beziehungsweise Drehzahlminderers 4 wird derart angepasst, dass eine vorher festgelegte Beziehung zwischen der Umdrehungsanzahl des Motors 3 und des Drehwinkels der Ausgabewelle 5 zufriedengestellt bzw. genügt wird.
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Die Ausgabewelle 5 ist als eine Drehwelle beziehungsweise Rotationswelle zur Ausgabe eines Drehmoments des Motors 3 nach außen bei einem vorher festgelegten Übersetzungsverhältnis beziehungsweise Getriebeübersetzung vorgesehen, das bzw. die über das Untersetzungsgetriebe beziehungsweise den Drehzahlminderer festgelegt wird. Im Falle einer Verwendung der Servo-Vorrichtung 1 für ein RC-Modell, wie in dem Ausführungsbeispiel 1, steht ein Endbereich der Ausgabewelle 5 zu der Außenseite der Servo-Vorrichtung 1 vor, um mit einem bewegbaren Teil des RC-Modells über ein Verbindungselement, wie zum Beispiel ein Servo-Horn beziehungsweise ein Servo-Schaltrichter (servo horn) oder dergleichen (nicht gezeigt) verbunden zu werden.
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Die Winkelerfassungsvorrichtung 6 umfasst den Magneten 7 und den Magnetsensor 8. Der Magnet 7 ist an einem Endbereich der Ausgabewelle 5 befestigt, um zusammen mit der Ausgabewelle 5 rotierbar beziehungsweise drehbar vorgesehen zu sein. Der Magnet 7, der in dem Ausführungsbeispiel 1 verwendet wird, weist eine kreisförmige bzw. ringförmige (circular) Plattenform auf. Weiter wird der Magnet 7 magnetisiert, um zwei Pole bezüglich einer linearen Linie, die durch das Zentrum der kreisförmigen Platte passiert, aufzuweisen.
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Bei dem Ausführungsbeispiel 1 wird ein lineares Hall-IC-Element mit einem Hall-Element und einer Verstärkerschaltung (amplifying circuit) als der Magnetsensor 8 verwendet. Das Hall-Element kann eine Änderung in einer Magnetflussdichte beziehungsweise Induktionsdichte als einen Spannungswert ausgeben. Daher kann das Hall-Element kombiniert mit der Verstärkerschaltung die Änderung in einer Magnetflussdichte beziehungsweise Induktionsdichte als den Spannungswert in einer analogen Form ausgeben. Der Drehwinkel des Magnets 7 wird über den Spannungswert erhalten beziehungsweise erfasst und als eine Drehwinkelinformation zu der Steuereinheit 2 ausgegeben.
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Nachfolgend wird die Anordnung des Magneten 7 und des Magnetsensors 8 in dem Ausfuhrungsbeispiel 1 beschrieben. 3A ist eine Ansicht des Magnets, betrachtet in der axialen Richtung der Ausgabewelle 5. 3B ist eine Ansicht der Konfiguration aus 3A, die in der P-Richtung betrachtet wird.
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In 3B ist der Magnet 7 basierend auf der Annahme, dass die Axialrichtung der Ausgabewelle 5 eine Richtung nach oben und nach unten ist, derart geneigt, dass der Punkt 7a am weitesten von dem Magnetsensor 8 entfernt ist und der Punkt 7c sich am nächsten zu dem Magnetsensor 8 in der Richtung nach oben und nach unten befindet. Insbesondere ist in dem Ausführungsbeispiel 1 der Magnet 7 bezüglich der Ausgabewelle 5 geneigt. Die Neigung des Magneten 7 wird über einen Winkel θ bezüglich der Ebene senkrecht zu der Axialrichtung der Ausgabewelle 5 bezeichnet. Bei dieser Beschreibung bezieht sich der Winkel θ auf die Neigung des Magneten 7. Bei dem Ausführungsbeispiel 1 ist der Magnet 7 in einem Winkel von etwa 10° geneigt.
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Eine Entfernung zwischen dem Magnet 7 und dem Magnetsensor 8 bezeichnet beziehungsweise gibt eine Entfernung zwischen dem Magnetsensor 8 und einem Punkt an dem Umfang des Magneten 7 an, der sich während der Drehung der Ausgabewelle 5 am nächsten zu dem Magnetsensor 8 befindet.
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Bei dem Ausführungsbeispiel wird der Magnet 7 derart magnetisiert, dass der Punkt 7b zum S-Pol beziehungsweise Südpol und der Punkt 7d zum N-Pol beziehungsweise Nordpol bezüglich eines Durchmessers 7a bis 7c wird.
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(Ausführungsbeispiel 2)
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Die Anordnung des Magneten in Übereinstimmung mit einem Ausführungsbeispiel 2 unterscheidet sich von dem bei der Winkelerfassungsvorrichtung und der Servo-Vorrichtung gemäß Ausführungsbeispiel 1. Da die übrigen Konfigurationen die gleichen wie die bei Ausfuhrungsbeispiel 1 sind, wird die redundante Beschreibung davon weggelassen.
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Die Anordnung des Magneten bei dem Ausführungsbeispiel 2 wird nun unter Bezugnahme auf die 3A und 3B beschrieben. Bei dem Ausführungsbeispiel 2 wird der Magnet 7 derart magnetisiert, dass der Punkt 7a der N-Pol beziehungsweise Nordpol und der Punkt 7c der S-Pol beziehungsweise Südpol bezüglich eines Durchmessers 7b bis 7d wird.
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(Ausführungsbeispiel 3)
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Die Anordnung des Magneten in Übereinstimmung mit Ausführungsbeispiel 3 unterscheidet sich von der bei der Winkelerfassungsvorrichtung und der Servo-Vorrichtung gemäß Ausführungsbeispiel 1. Da die anderen Konfigurationen die gleichen sind wie diejenigen beim Ausführungsbeispiel 1 wird deren redundante Beschreibung weggelassen.
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Die Anordnung des Magneten in Übereinstimmung mit Ausführungsbeispiel 3 wird nun unter Bezugnahme auf die 3A und 3B beschrieben. Bei dem Ausführungsbeispiel 3 wird der Magnet 7 derart magnetisiert, dass der Punkt 7a zum S-Pol beziehungsweise Südpol wird und der Punkt 7c zum N-Pol beziehungsweise Nordpol bezüglich eines Durchmessers 7b bis 7d wird.
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(Vergleichsbeispiel)
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Eine Konfiguration eines Vergleichsbeispiels beziehungsweise eines vergleichenden Ausführungsbeispiels wird nun unter Bezugnahme auf
4A und
4B beschrieben. Das Vergleichsbeispiel umfasst eine Servo-Vorrichtung und eine Winkelerfassungsvorrichtung, bei der ein Magnet parallel zu einem Magnetsensor angeordnet ist, wie dies in der japanischen Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer
JP 2011- 30 376 A offenbart ist. Eine durchgezogene Linie in
4B gibt die Position des Magneten 7' bei dem Vergleichsbeispiel an und eine gepunktete Linie in
4B gibt die Position des Magneten 7 bei den vorliegenden Ausführungsbeispielen an. Da die übrigen Konfigurationen die gleichen wie diejenigen gemäß Ausführungsbeispiel 1 sind, wird die redundante Beschreibung davon weggelassen.
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Die Entfernung zwischen dem Magnetsensor 8 und dem Punkt 7a des Magneten 7 in der Axialrichtung gemäß den vorliegenden Ausführungsbeispielen, wird angepasst, um gleich zu der Entfernung zwischen dem Magnetsensor 8 und dem Magneten 7' in der Axialrichtung in dem Vergleichsbeispiel zu sein, wie dies den 4A und 4B entnommen werden kann.
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Vergleichsbeispiele 1 bis 3, die jeweils zu den Ausführungsbeispielen 1 bis 3 bezüglich der Anordnung zur Magnetisierung des Magneten korrespondieren, werden nun beschrieben.
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(Vergleichsergebnis)
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Ein Ergebnis eines Vergleichs zwischen dem Ausführungsbeispiel 1 und dem Vergleichsbeispiel 1 ist in 5A bis 5C gezeigt. 6A zeigt ein Ergebnis eines Vergleichs zwischen dem Ausführungsbeispiel 2 und dem Vergleichsbeispiel 2. 6B zeigt ein Ergebnis eines Vergleichs zwischen dem Ausführungsbeispiel 3 und dem Vergleichsbeispiel 3. Bezüglich des linearen Hall-IC-Elements als der Magnetsensor 8, wird ein Element verwendet, das bei einer angewendeten Spannung von 3 Volt tätig ist beziehungsweise funktioniert beziehungsweise arbeitet und eine Spannung in dem Bereich von 0 Volt bis 3 Volt ausgibt.
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In 5A bis 5C bezieht sich die Position des Magneten auf eine Position eines Punktes an dem Umfang des Magneten 7 oder 7', der sich während der Drehung der Ausgabewelle 5 oder 5' am nächsten zu dem Magnetsensor 8 befindet. Die Linearität beziehungsweise Proportionalität (linearity) der Ausgabespannung bezüglich der Punkte 7a oder 7'a wird zwischen dem Ausführungsbeispiel 1 und dem Vergleichsbeispiel 1 verglichen.
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Nachfolgend wird die Linearität beschrieben. Als erstes ist bei dem Ausführungsbeispiel 1 die Referenz-Linearlinie (linear line) eine gerade Linie, die durch Ausgabespannungen an zwei Punkten korrespondierend zu einem +/- 30° Drehwinkel der Ausgabewelle 5 bezüglich des Punktes 7a in der Grafik beziehungsweise dem Diagramm, das bzw. die die Beziehung zwischen der Ausgabespannung und der Position des Magneten zeigt, passiert. Weiter wird die Linearität über einen Prozentwert definiert, der über ein Subtrahieren eines Unterschiedes beziehungsweise eine Differenz zwischen einer Ausgabespannung an der Referenz-Linearlinie und einer aktuellen Ausgabespannung an derselben Magnetposition von einer Spannung, die auf das lineare Hall-IC-Element angewendet wird, erhalten wird. Auf dieselbe Art und Weise ist bei dem Vergleichsbeispiel 1 die Referenz-Linearlinie eine gerade Linie, die durch Ausgabespannungen an zwei Punkten korrespondierend zu einem +/- 30°-Drehwinkel der Ausgabewelle 5 bezüglich des Punktes 7'a in dem Diagramm beziehungsweise der Grafik, die die Beziehung zwischen der Ausgabespannung und der Position des Magneten zeigt, passiert. 5B zeigt das Ausführungsbeispiel 1 und die Referenz-Linearlinie des Ausführungsbeispiels 1. 5C zeigt das Vergleichsbeispiel 1 und die Referenz-Linearlinie des Vergleichsbeispiels 1.
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Bei dem Vergleichsbeispiel 1, bei dem der Magnet 7' auf herkömmliche Art und Weise angeordnet ist, wird die Ausgabespannung im Wesentlichen entlang der Referenz-Linearlinie innerhalb eines Bereichs von etwa +/- 45° bezüglich des Punktes 7'a ausgegeben. Zu diesem Zeitpunkt beträgt die Linearität der Position innerhalb des Bereichs von etwa +/-45° von dem Punkt 7'a in dem Vergleichsbeispiel 1 in etwa +/- 1.5%. Auf der anderen Seite kann bei dem Ausführungsbeispiel 1, wenn die Linearität von etwa +/- 1.5% sichergestellt werden soll beziehungsweise muss, der Erfassungsbereich bis zu einem Bereich von etwa +/-65° von dem Punkt bzw. der Position 7a vergrößert werden.
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Wie es dem Vergleich zwischen den Ausführungsbeispielen basierend auf 5A bis 6B entnommen werden kann, ist die Linearität der Ausgabespannung des Magnetsensors 8 beim Ausführungsbeispiel 1 am höchsten. Weiter wird die Linearität der Ausgabespannung verbessert und der erfassbare Bereich in den Ausführungsbeispielen 2 und 3 im Vergleich zu dem erfassbaren Bereich bei den Vergleichsbeispielen 2 und 3 vergrößert.
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Das lineare Hall-IC-Element, das zu diesem Zeitpunkt bzw. diesmal verwendet wird, gibt eine Spannung in einem Bereich von 0 Volt bis 3 Volt aus. Daher wird die Magnetflussdichte beziehungsweise Induktionsdichte verändert, um größer als ein Grenzwert der Spannung zu sein und es ist nicht möglich, einen bestimmten Bereich bzw. Auswahl oder Entfernung (range) des Drehwinkels in den Ausführungsbeispielen zu erfassen. In diesem Fall kann der erfassbare Bereich des Drehwinkels über ein Steuern der Sensitivität des linearen Hall-IC-Elements vergrößert/verkleinert werden, sogar wenn die Neigung des Magneten gleich zu der in dem Ausführungsbeispiel ausfällt.
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Während die Ausführungsbeispiele beschrieben wurden, ist die Offenbarung nicht auf die zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt.
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Zum Beispiel ist es möglich, in dem Fall einer Verwendung eines linearen Hall-IC-Elements mit einer höheren Sensitivität als der Magnetsensor, die Linearität beziehungsweise Proportionalität (linearity) der Ausgabespannung zu verbessern und den erfassbaren Bereich des Drehwinkels zu vergrößern, sogar wenn die Neigung des Magneten kleiner wird.
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Wenn die Neigung des Magneten stark ist bzw. groß ausfällt, im Vergleich zu einem Fall, wo die Neigung des Magneten klein ist, wird die Magnetfeldintensität, aus Sicht des Magnetsensors beachtlich verändert, selbst bei einer geringen Drehung des Magneten und daher kann eine Schwankung beziehungsweise Fluktuation (fluctuation) ([jitter] Schwankungen beziehungsweise Jitter) bei der Drehwinkelinformation auftreten. Entsprechend ist es bevorzugt, die Neigung des Magneten über Verwendung eines Magnetsensors mit einer hohen Sensitivität zu minimieren. Insbesondere liegt die Neigung des Magneten vorzugsweise in dem Bereich von etwa 5° bis 30°.
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Bei den Ausführungsbeispielen wird die Winkelerfassungsvorrichtung für eine Servo-Vorrichtung eines RC-Modells verwendet. Jedoch kann auch die Winkelerfassungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung für andere Vorrichtungen zum Messen eine Winkels einer Drehwelle verwendet werden.
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Während die Erfindung bezüglich der Ausführungsbeispiele gezeigt und beschrieben wurde, ist es für den Fachmann verständlich, dass verschiedene Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne den Umfang der Erfindung, wie er in den nachfolgenden Ansprüchen definiert ist, zu verlassen.
